FR2948977A3 - Air intake system operating method for e.g. diesel engine of motor vehicle, involves changing from exhaust manifold pressure regulation state to intake manifold pressure regulation state, when absolute value becomes less than threshold - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un procédé de fonctionnement d'un système d'admission d'un moteur à combustion interne suralimenté, en particulier d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. L'invention concerne aussi un système d'admission fonctionnant selon un tel procédé et un support de données comprenant des moyens de mise en oeuvre d'un tel procédé. The present invention relates to a method of operating an intake system of a supercharged internal combustion engine, in particular an internal combustion engine of a motor vehicle. The invention also relates to an admission system operating according to such a method and a data carrier comprising means for implementing such a method.
Il est important de réguler l'alimentation en air d'un moteur à combustion interne, en particulier la suralimentation en air des moteurs diesel. La suralimentation est active pour des points de fonctionnement de forte charge, par exemple pour des régimes supérieurs à 3000 tr/min et/ou des débits de carburant supérieurs à 35 mg/coup. It is important to regulate the air supply of an internal combustion engine, in particular the overfeeding of diesel engines. Supercharging is active for high load operating points, for example at speeds above 3000 rpm and / or fuel flow rates above 35 mg / stroke.
Les moteurs suralimentés comprennent par exemple un turbocompresseur incluant une turbine entraînée en rotation par les gaz d'échappement et un compresseur entraîné par la turbine et servant à augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres. Dans un mode de suralimentation, le débit d'air injecté n'est pas limité par une consigne. En revanche, une consigne de pression de suralimentation ou de pression dans le collecteur d'admission du moteur est calculée à partir du régime et du débit de carburant injecté. Dans le cas d'un turbocompresseur à géométrie variable, il est particulièrement important de piloter les ailettes de la turbine pour faire coïncider la pression régnant dans le collecteur d'admission et la consigne de pression. Supercharged engines include for example a turbocharger including a turbine driven in rotation by the exhaust gas and a compressor driven by the turbine and used to increase the amount of air admitted into the cylinders. In a supercharging mode, the injected air flow is not limited by a setpoint. In contrast, a boost pressure or pressure in the intake manifold of the engine is calculated from the speed and fuel flow injected. In the case of a turbocharger with variable geometry, it is particularly important to control the blades of the turbine to match the pressure in the intake manifold and the pressure setpoint.
Avec l'augmentation des performances des moteurs suralimentés, le niveau de pression de suralimentation augmente de sorte que les turbocompresseurs sont de plus en plus sollicités. Il est donc important de piloter le plus finement possible les ailettes pour éviter la détérioration des turbocompresseurs (donc éviter les dépassements en pression dans le collecteur et en amont de la turbine dans le collecteur d'échappement) et MS\REN191FR.dpt pour améliorer le comportement du véhicule lors des accélérations. En particulier, la dynamique du moteur peut être augmentée, c'est-à-dire sa capacité à monter rapidement en régime moteur. With the increased performance of supercharged engines, the boost pressure level increases so that turbochargers are more and more stressed. It is therefore important to control the fins as finely as possible in order to avoid deterioration of the turbochargers (thus avoiding pressure surges in the manifold and upstream of the turbine in the exhaust manifold) and MS \ REN191FR.dpt to improve the vehicle behavior during acceleration. In particular, the dynamics of the engine can be increased, that is to say its ability to quickly climb engine speed.
Le problématique se résume donc à : • Contrôler de façon dynamique la pression de suralimentation (ou la pression dans le collecteur d'admission) • Tout en évitant les dépassements (overshoots) et les défauts (undershoots) de pression de suralimentation et de la pression en 10 amont de la turbine, c'est-à-dire dans le collecteur d'échappement. The problem therefore boils down to: • Dynamically controlling the boost pressure (or the pressure in the intake manifold) • While avoiding overhoots and undershoots of pressure boost and pressure upstream of the turbine, that is to say in the exhaust manifold.
On connaît du brevet US 2003/0010019 un procédé de commande d'un turbocompresseur dans lequel on utilise deux régulateurs en cascade, un pour le contrôle de la pression en amont de la turbine (boucle interne) et 15 l'autre pour le contrôle de la pression dans le collecteur d'admission (boucle externe). US Pat. No. 2003/0010019 discloses a method of controlling a turbocharger in which two cascade regulators are used, one for controlling the pressure upstream of the turbine (inner loop) and the other for controlling the pressure. the pressure in the intake manifold (outer loop).
On connaît de la demande FR 2 829 530 un procédé de régulation séquentielle de la pression de suralimentation et de la pression en amont de 20 la turbine. Pour ce faire, on régule la pression en amont de la turbine lorsque celle-ci est supérieure à une consigne maximale et on régule la pression dans le collecteur d'admission autour d'une consigne lorsque la pression en amont de la turbine n'est pas supérieure à sa consigne maximale ou lorsque la pression dans le collecteur est supérieure à sa consigne. 25 On connaît de la demande WO 2004/009984 un procédé de contrôle de suralimentation utilisant une consigne de position en fonction du régime moteur. MS\REN191FR.dpt On connaît enfin de la demande WO 2004/027238 un procédé de régulation séquentielle de la pression de suralimentation et de la position d'un actionneur de réglage de la puissance des gaz d'échappement. Application FR 2 829 530 discloses a process for sequentially regulating the supercharging pressure and the pressure upstream of the turbine. To do this, the pressure upstream of the turbine is regulated when it is higher than a maximum setpoint and the pressure in the intake manifold is regulated around a setpoint when the pressure upstream of the turbine is not higher than its maximum set point or when the pressure in the manifold is above its set point. Patent application WO 2004/009984 discloses a supercharging control method using a position command as a function of the engine speed. Finally, WO 2004/027238 discloses a method of sequentially regulating the boost pressure and the position of an actuator for adjusting the power of the exhaust gases.
Le but de l'invention est de fournir un procédé de fonctionnement d'un système d'admission permettant de remédier au problème évoqué précédemment et améliorant les procédés de fonctionnement connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un procédé de fonctionnement d'un système d'admission simple, permettant d'éviter des variations de pression dans le collecteur d'admission qui puissent être ressenties par l'utilisateur d'un véhicule automobile et des variations de pression dans le collecteur d'échappement qui puissent être néfastes au turbocompresseur. The object of the invention is to provide an operating method of an admission system to overcome the problem mentioned above and improving the known operating methods of the prior art. In particular, the invention proposes a method of operating a simple intake system, making it possible to avoid pressure variations in the intake manifold that can be felt by the user of a motor vehicle and variations pressure in the exhaust manifold that may be harmful to the turbocharger.
Le procédé selon l'invention régit le fonctionnement d'un système d'admission d'un moteur à combustion interne comprenant un turbocompresseur, un collecteur d'admission et un collecteur d'échappement. Il comprend une étape de régulation dans laquelle la pression dans le collecteur d'admission et la pression dans le collecteur d'échappement sont séquentiellement régulées et il est caractérisé en ce que, dans l'étape de régulation, on passe d'un état de régulation de la pression dans le collecteur d'échappement à un état de régulation de la pression dans le collecteur d'admission lorsque la valeur absolue de la différence entre la pression de consigne dans le collecteur d'admission et la pression déterminée dans le collecteur d'admission devient inférieure à un premier seuil. Dans l'étape de régulation, on peut passer d'un état de régulation de la pression dans le collecteur d'admission à un état de régulation de la pression dans le collecteur d'échappement lorsque la valeur absolue de la différence entre la pression de consigne dans le collecteur d'admission et la pression déterminée dans le collecteur d'admission devient supérieure à un deuxième seuil. MS\REN191FR.dpt La régulation peut être réalisée par modification de la géométrie de la turbine du turbocompresseur ou par modification de la proportion des gaz d'échappement by-passant la turbine du turbocompresseur. The method according to the invention governs the operation of an intake system of an internal combustion engine comprising a turbocharger, an intake manifold and an exhaust manifold. It comprises a regulation step in which the pressure in the intake manifold and the pressure in the exhaust manifold are sequentially regulated and it is characterized in that, in the regulation step, one goes from a state of regulating the pressure in the exhaust manifold to a state of regulation of the pressure in the intake manifold when the absolute value of the difference between the set pressure in the intake manifold and the pressure determined in the manifold admission becomes less than a first threshold. In the regulating step, it is possible to go from a state of regulation of the pressure in the intake manifold to a state of regulation of the pressure in the exhaust manifold when the absolute value of the difference between the pressure of the set in the intake manifold and the determined pressure in the intake manifold becomes greater than a second threshold. MS \ REN191EN.dpt Regulation can be achieved by changing the turbine geometry of the turbocharger or by changing the proportion of the exhaust gas bypassing the turbocharger turbine.
Le système d'admission peut comprendre un premier module de régulation de la pression dans le collecteur d'admission et un deuxième module de régulation de la pression dans le collecteur d'échappement, les deux modules étant actifs en permanence lorsque le moteur fonctionne. The intake system may comprise a first intake manifold pressure regulation module and a second exhaust manifold pressure regulation module, both modules being continuously active while the engine is running.
Seul le signal de commande issu d'un des premier et deuxième modules de régulation peut être pris en compte pour commander, le signal de commande issu de l'autre module étant ignoré. Only the control signal from one of the first and second control modules can be taken into account to control, the control signal from the other module being ignored.
15 Le module de régulation dont le signal de commande est ignoré peut être tel que son signal de commande converge vers le signal de commande délivré par le module de régulation dont le signal de commande est pris en compte. L'invention se rapporte aussi à un support d'acquisition de données lisible 20 par un calculateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des moyens logiciels de mise en oeuvre des étapes du procédé défini précédemment. The control module whose control signal is ignored may be such that its control signal converges towards the control signal delivered by the control module whose control signal is taken into account. The invention also relates to a data acquisition medium readable by a computer on which is recorded a computer program comprising software means for implementing the steps of the method defined above.
Selon l'invention, un système d'admission d'un moteur à combustion interne 25 comprenant un turbocompresseur, un collecteur d'admission et un collecteur d'échappement est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé défini précédemment. Selon l'invention, un moteur à combustion interne suralimenté, en particulier 30 un moteur d'entraînement d'un véhicule automobile, comprend un système d'admission défini précédemment. MS\REN191FR.dpt 10 Selon l'invention, un véhicule automobile est caractérisé en ce qu'il comprend un moteur défini précédemment. According to the invention, an intake system of an internal combustion engine comprising a turbocharger, an intake manifold and an exhaust manifold is characterized in that it comprises hardware and / or software implementation of the method defined above. According to the invention, a supercharged internal combustion engine, in particular a driving motor of a motor vehicle, comprises an intake system defined above. According to the invention, a motor vehicle is characterized in that it comprises a motor defined above.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'un système d'admission selon l'invention. The appended drawing shows, by way of example, an embodiment of an intake system according to the invention.
La figure 1 est un schéma d'un moteur à combustion interne équipé d'un mode de réalisation d'un système d'admission selon l'invention. Figure 1 is a diagram of an internal combustion engine equipped with an embodiment of an intake system according to the invention.
La figure 2 est un exemple de régulateur permettant de réguler la pression dans un collecteur d'admission. Figure 2 is an example of a regulator for regulating the pressure in an intake manifold.
La figure 3 est un dispositif de commande d'un actionneur d'un système d'admission selon l'invention. La figure 4 est un schéma de détail d'un module de sélection de régulateur d'un dispositif de commande selon l'invention. FIG. 3 is a device for controlling an actuator of an intake system according to the invention. FIG. 4 is a detailed diagram of a controller selection module of a control device according to the invention.
La figure 5 est un exemple de régulateur permettant de réguler la pression 20 dans un collecteur d'admission. Figure 5 is an example of a regulator for regulating the pressure in an intake manifold.
La figure 6 est un schéma d'une base de régulateur. Fig. 6 is a diagram of a regulator base.
Les figures 7 et 8 sont des schémas de détail d'un régulateur modifié et 25 adapté à la mise en oeuvre de l'invention. Figures 7 and 8 are detailed diagrams of a modified and adapted regulator for carrying out the invention.
La figure 9 est un exemple d'observateur pouvant être utilisé dans le cadre de l'invention. FIG. 9 is an example of an observer that can be used in the context of the invention.
30 Les figures 10 et 11 sont des graphiques illustrant les évolutions temporelles de pression dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention. MS\REN191FR.dpt15 On décrit ci-après un moteur 110 en référence à la figure 1 en suivant le cheminement des gaz dans celui-ci. Ce moteur est un moteur à combustion interne du type suralimenté, par exemple du type Diesel. De préférence, il permet d'entraîner un véhicule automobile. Le moteur comprend un système d'admission 155 permettant d'alimenter des chambres de combustion dans des conditions optimales. Figures 10 and 11 are graphs illustrating temporal changes in pressure in an exemplary implementation of the invention. Next, a motor 110 is described with reference to FIG. 1 following the path of the gases therein. This engine is an internal combustion engine of the supercharged type, for example of the Diesel type. Preferably, it allows to drive a motor vehicle. The engine comprises an intake system 155 for supplying combustion chambers under optimal conditions.
Les gaz frais entrent dans le moteur via un filtre à air 111, puis sont dirigés vers un compresseur 131 (faisant par exemple partie d'un turbo compresseur), au travers d'une première tubulure 112, d'un volet d'admission d'air 113 et d'une deuxième tubulure 114. Depuis la sortie du compresseur, les gaz frais sont dirigés vers un collecteur d'admission 120 les distribuant dans un bloc-moteur 121, au travers d'un échangeur 201 de refroidissement et d'une troisième tubulure 117. Le compresseur 131 peut être by-passé grâce à une quatrième tubulure 116 dans laquelle le cheminement des gaz est ou non autorisé par une vanne 115. The fresh gases enter the engine via an air filter 111, then are directed to a compressor 131 (for example part of a turbo compressor), through a first manifold 112, an intake flap. 113 and a second manifold 114. From the outlet of the compressor, the fresh gases are directed to an intake manifold 120 distributing them in a block engine 121, through a heat exchanger 201 and a third manifold 117. The compressor 131 may be by-passed through a fourth manifold 116 in which the path of the gases is or is not authorized by a valve 115.
Une fois la combustion réalisée dans le bloc-moteur 121, les gaz d'échappement sortent de celui-ci par un collecteur 122. Ils sont dirigés vers une turbine 132 via une cinquième tubulure 123. En sortie de turbine, les gaz d'échappement sont rejetés après avoir transité dans une sixième tubulure 125, puis dans un système de dépollution 126 et dans une septième tubulure 127. Comme à l'admission, la turbine 132 peut être by- passée grâce à une huitième tubulure 124 dans laquelle le cheminement des gaz d'échappement est ou non autorisé par une vanne. Once the combustion is carried out in the engine block 121, the exhaust gases exit it from a manifold 122. They are directed towards a turbine 132 via a fifth pipe 123. At the turbine outlet, the exhaust gas are rejected after passing through a sixth pipe 125, then in a pollution control system 126 and in a seventh pipe 127. As the admission, the turbine 132 can be bypassed through an eighth pipe 124 in which the path of exhaust gas is or is not allowed through a valve.
Un premier dispositif 140 dit EGR basse pression est prévu pour qu'une partie des gaz d'échappement puisse être réintroduite à l'admission en 30 amont du compresseur. MS\REN191FR.dpt Un deuxième dispositif 145 dit EGR haute pression est prévu pour qu'une partie des gaz d'échappement puisse être réintroduite à l'admission en aval du compresseur. A first device 140 said low pressure EGR is provided so that a portion of the exhaust gas can be reintroduced to the intake upstream of the compressor. MS \ REN191FR.dpt A second device 145 said high pressure EGR is provided so that a portion of the exhaust gas can be reintroduced to the inlet downstream of the compressor.
La turbine 132 est de préférence du type à géométrie variable. Ainsi, un actionneur (non représenté) permet d'agir sur cette géométrie pour régler la puissance à fournir au compresseur 131. The turbine 132 is preferably of the variable geometry type. Thus, an actuator (not shown) makes it possible to act on this geometry to adjust the power to be supplied to the compressor 131.
Selon l'invention, on utilise un dispositif de commande 150 comprenant deux régulateurs en parallèle commandant tous les deux un même actionneur agissant sur le turbocompresseur : l'un pour réguler la pression de suralimentation (Pcol) et l'autre pour réguler la pression en amont de la turbine ou la pression dans le collecteur d'échappement (Pavt). L'actionneur permet de préférence de modifier la géométrie de la turbine. According to the invention, a control device 150 is used comprising two controllers in parallel both controlling the same actuator acting on the turbocharger: one for regulating the supercharging pressure (Pcol) and the other for regulating the pressure in upstream of the turbine or the pressure in the exhaust manifold (Pavt). The actuator preferably makes it possible to modify the geometry of the turbine.
Alternativement, l'actionneur peut commander l'ouverture d'une vanne d'un circuit de décharge by-passant la turbine. Alternatively, the actuator can control the opening of a valve of a discharge circuit bypassing the turbine.
Comme représenté à la figure 2, on utilise par exemple comme base, pour réguler la pression Pcol dans le collecteur d'admission, un régulateur 10 du type LQG (Linear Quadratic Gaussian). Des types de régulateurs autre que LQ ou LQG peuvent être utilisés comme des régulateurs PID ou des régulateurs à logique floue. As shown in Figure 2, for example, is used as a basis for regulating the pressure Pcol in the intake manifold, a regulator 10 of the type LQG (Linear Quadratic Gaussian). Regulator types other than LQ or LQG can be used as PID controllers or fuzzy logic controllers.
Pour résoudre les problèmes mentionnés plus haut, on propose de mettre en oeuvre une stratégie de régulation différente de la logique LQG (Linear Quadratic Gaussian) monovariable classique. Le principe de cette stratégie de régulation différente consiste à utiliser en plus de la pression dans le collecteur Pcol, la pression en amont de la turbine Pavt ou dans le collecteur d'échappement. La pression en amont de la turbine évoluant plus rapidement que la pression dans le collecteur d'admission Pcol (suite à un changement de position des ailettes du turbocompresseur), son utilisation MS\REN191FR.dpt permet de contrôler plus finement les ailettes et donc d'être plus dynamique pour réguler la pression dans le collecteur d'admission Pcol et/ou limiter les dépassement de pression dans le collecteur dus à des emballements du turbocompresseur. To solve the problems mentioned above, it is proposed to implement a different control strategy of logic LQG (Linear Quadratic Gaussian) conventional monovariable. The principle of this different control strategy is to use in addition to the pressure in the collector Pcol, the pressure upstream of the turbine Pavt or in the exhaust manifold. The pressure upstream of the turbine evolves faster than the pressure in the intake manifold Pcol (following a change of position of the turbocharger fins), its use MS \ REN191FR.dpt allows finer control of the fins and therefore d be more dynamic to regulate the pressure in the intake manifold Pcol and / or to limit the pressure surges in the manifold due to runaway turbocharger.
Plus précisément, l'invention propose d'utiliser deux régulateurs fonctionnant en parallèle : l'un pour réguler la pression dans le collecteur d'admission Pcol (avec la consigne de pression dans le collecteur d'admission déjà existante) et l'autre pour réguler la pression en amont de la turbine Pavt (avec comme consigne pour la valeur de la pression en amont de la turbine, une valeur de prépositionnement). More specifically, the invention proposes to use two regulators operating in parallel: one to regulate the pressure in the intake manifold Pcol (with the pressure setpoint in the already existing intake manifold) and the other for regulate the pressure upstream of the turbine Pavt (with as a reference for the value of the pressure upstream of the turbine, a prepositioning value).
Pour assurer la continuité de la commande, une stratégie similaire à l'architecture Davison peut être utilisée. Cette dernière consiste à forcer chaque régulateur dont la sortie de commande est ignorée à délivrer la même sortie que celle du régulateur pris en compte. Donc, lorsque le moteur fonctionne dans un mode de fonctionnement suralimenté, le régulateur de pression en amont de la turbine Pavt délivre en sortie la même commande que le régulateur de pression dans le collecteur Pcol si la commande de ce dernier est prise en compte. De même, lorsque le moteur fonctionne dans un mode de fonctionnement suralimenté, le régulateur de pression dans le collecteur Pcol délivre en sortie la même commande que le régulateur de pression en amont de la turbine Pavt si la commande de ce dernier est prise en compte. Lorsque le moteur fonctionne dans un mode de fonctionnement avec recirculation des gaz d'échappement EGR, les sorties de commande des deux régulateurs convergent vers des valeurs de prépositionnement. To ensure order continuity, a strategy similar to the Davison architecture can be used. The latter consists in forcing each regulator whose command output is ignored to deliver the same output as that of the regulator taken into account. Thus, when the engine is operating in a supercharged mode of operation, the pressure regulator upstream of the turbine Pavt outputs the same command as the pressure regulator in the collector Pcol if the control of the latter is taken into account. Similarly, when the engine is operating in a supercharged mode of operation, the pressure regulator in the Pcol collector outputs the same command as the pressure regulator upstream of the turbine Pavt if the control of the latter is taken into account. When the engine is operating in an EGR exhaust recirculation operating mode, the control outputs of both controllers converge to preset values.
En réglant les gains en fonction de la différence existant entre la consigne de pression dans le collecteur d'admission et la pression régnant effectivement dans le collecteur d'admission, on peut suivre finement la consigne de pression dans le collecteur d'admission lorsque cette dernière n'est pas loin MS\REN191FR.dpt de sa consigne. En revanche, lorsque la pression dans le collecteur d'admission est loin de sa consigne, on privilégie la régulation de la pression en amont de la turbine (plus dynamique). Les pressions dans le collecteur d'admission et en amont de la turbine évoluant dans le même sens, la pression dans le collecteur d'admission se rapproche plus rapidement de sa consigne. By adjusting the gains according to the difference between the pressure set point in the intake manifold and the pressure actually prevailing in the intake manifold, it is possible to finely follow the pressure setpoint in the intake manifold when the intake manifold MS \ REN191FR.dpt is not far from his instructions. However, when the pressure in the intake manifold is far from its set point, it is preferred to regulate the pressure upstream of the turbine (more dynamic). The pressures in the inlet manifold and upstream of the turbine moving in the same direction, the pressure in the intake manifold is closer to its setpoint.
Un dispositif de commande 150 d'un actionneur du système d'admission du moteur à combustion interne comprenant un turbocompresseur est décrit ci- après en référence à la figure 3. A control device 150 of an actuator of the intake system of the internal combustion engine comprising a turbocharger is described hereinafter with reference to FIG.
Le dispositif de commande comprend un module 31 de régulation de la pression dans le collecteur d'admission, un module 33 de régulation de la pression en amont de la turbine, une porte logique 34 permettant de transmettre, en sortie xvgt du dispositif de commande, la commande définie par l'un ou l'autre des modules de régulation, un module 32 de sélection du module de régulation à prendre en compte et des modules de convergences 35 et 36 permettant de faire converger la commande du régulateur dont la commande n'est pas prise en compte vers la commande du régulateur dont la commande est prise en compte. The control device comprises a module 31 for regulating the pressure in the intake manifold, a module 33 for regulating the pressure upstream of the turbine, a logic gate 34 for transmitting, at the output xvgt of the control device, the command defined by one or the other of the regulation modules, a module 32 for selecting the regulation module to be taken into account and convergence modules 35 and 36 making it possible to converge the command of the regulator whose command n ' is not taken into account to the control of the regulator whose command is taken into account.
De préférence, dans le module de sélection, le choix d'activer l'un des deux régulateurs est fait à partir de l'écart entre la pression régnant dans le collecteur d'admission et la pression de consigne dans le collecteur d'admission. Si cet écart est supérieur à un seuil, par exemple 0.25 bar, le signal de commande issu du régulateur de la pression avant turbine est pris en compte et, dans le cas contraire, le signal de commande du régulateur de la pression dans le collecteur d'admission est pris en compte. De préférence, une hystérésis est utilisée. Ainsi, on passe d'un état de régulation de la pression dans le collecteur d'échappement à un état de régulation de la pression dans le collecteur d'admission lorsque la valeur MS\REN191FR.dpt absolue de la différence entre la pression de consigne dans le collecteur d'admission et la pression déterminée dans le collecteur d'admission devient inférieure par exemple à 0.2 bar et on passe d'un état de régulation de la pression dans le collecteur d'admission à un état de régulation de la pression dans le collecteur d'échappement lorsque la valeur absolue de la différence entre la pression de consigne dans le collecteur d'admission et la pression déterminée dans le collecteur d'admission devient supérieure par exemple à 0.3 bar. Pour ce faire, on utilise le module 32 représenté en détail à la figure 4 et comprenant un opérateur 41 de soustraction déterminant la différence entre la consigne de pression dans le collecteur d'admission et la pression régnant dans le collecteur d'admission, un opérateur 42 de calcul de la valeur absolue et un opérateur 43 d'ajout d'une hystérésis. Preferably, in the selection module, the choice to activate one of the two regulators is made from the difference between the pressure in the intake manifold and the set pressure in the intake manifold. If this difference is greater than a threshold, for example 0.25 bar, the control signal from the regulator of the pressure before turbine is taken into account and, if not, the control signal of the pressure regulator in the manifold. admission is taken into account. Preferably, a hysteresis is used. Thus, a state of regulation of the pressure in the exhaust manifold is changed to a state of regulation of the pressure in the intake manifold when the absolute value MS \ REN191FR.dpt of the difference between the setpoint pressure in the intake manifold and the pressure determined in the intake manifold becomes less than 0.2 bar, for example, and a state of pressure regulation in the intake manifold is changed to a state of pressure regulation in the inlet manifold. the exhaust manifold when the absolute value of the difference between the set pressure in the intake manifold and the pressure determined in the intake manifold becomes greater than, for example, 0.3 bar. To do this, the module 32 shown in detail in FIG. 4 is used and comprises a subtraction operator 41 determining the difference between the pressure set point in the intake manifold and the pressure prevailing in the intake manifold, an operator 42 for calculating the absolute value and an operator 43 for adding a hysteresis.
Le module 31 intégrant un régulateur de la pression dans le collecteur d'admission, une stratégie de commutation, une saturation, un anti-windup et un moyen de prépositionnement est représenté à la figure 5. L'architecture du module 33 est identique, seules les calibrations, les entrées et les sorties changent. The module 31 incorporating a regulator of the pressure in the intake manifold, a switching strategy, a saturation, an anti-windup and a prepositioning means is shown in FIG. 5. The architecture of the module 33 is identical, only calibrations, inputs and outputs change.
La stratégie de commutation mise en oeuvre par les modules 31, 33, 33, 35 et 36 peut être basée sur l'architecture Davison. The switching strategy implemented by the modules 31, 33, 33, 35 and 36 can be based on the Davison architecture.
Pour chaque régulateur, on part d'une base de contrôle avec un régulateur 60 représenté à la figure 6, par exemple un régulateur multivariable du type LQG (Linear Quadratic Gaussian) modifié, où un intégrateur 63 a été ajouté après que l'erreur (différence entre consigne et mesure) obtenue par un moyen de soustraction 61 a été multipliée grâce à un multiplicateur 62 ayant un gain multiplicatif L. For each regulator, one starts from a control base with a regulator 60 represented in FIG. 6, for example a multivariable regulator of the LQG (Linear Quadratic Gaussian) modified type, where an integrator 63 has been added after the error ( difference between setpoint and measurement) obtained by a subtraction means 61 has been multiplied by a multiplier 62 having a multiplicative gain L.
Les deux régulateurs sont actifs en permanence. Il est donc important d'empêcher que le régulateur dont les signaux de commande sont ignorés MS\REN191FR.dpt devienne instable. Pour cela, une boucle externe est mise en oeuvre sur le régulateur pour faire converger le signal de commande calculée vers une commande souhaitée, comme représenté aux figures 7 et 8. Both regulators are permanently active. It is therefore important to prevent the controller whose control signals are ignored from becoming unstable. For this, an external loop is implemented on the regulator to converge the calculated control signal to a desired command, as shown in Figures 7 and 8.
Comme le régulateur 60 décrit précédemment, le régulateur 70 représenté à la figure 7 est par exemple multivariable du type LQG (Linear Quadratic Gaussian) modifié, où un intégrateur 73 a été ajouté après que l'erreur (différence entre consigne et mesure) obtenue par un moyen de soustraction 71 a été multipliée grâce à un multiplicateur 72 ayant un gain multiplicatif L et après qu'il a été ajouté à cette erreur multipliée, grâce à une boucle externe de transition 79, un signal généré par un moyen de transition. Par rapport aux régulateurs habituels, l'ordre de l'intégrateur et du multiplicateur est inversé : l'intégrateur est positionné après le multiplicateur. Ceci facilite la tâche de la boucle externe de transition venant s'ajouter entre le multiplicateur et l'intégrateur. Like the regulator 60 described above, the regulator 70 represented in FIG. 7 is, for example, multivariable of the modified LQG (Linear Quadratic Gaussian) type, where an integrator 73 has been added after the error (difference between setpoint and measurement) obtained by subtraction means 71 has been multiplied by means of a multiplier 72 having a multiplicative gain L and after it has been added to this multiplied error, by means of an external transition loop 79, a signal generated by a transition means. Compared to the usual regulators, the order of the integrator and the multiplier is reversed: the integrator is positioned after the multiplier. This facilitates the task of the transition outer loop being added between the multiplier and the integrator.
Cette boucle externe est représentée en détail à la figure 8. Elle comprend un moyen de soustraction 81 calculant la différence entre le signal de commande souhaitée d'un actionneur et le signal de commande de l'actionneur obtenu en sortie du régulateur 70. Cette différence est multipliée grâce à un multiplicateur 82 de gain H puis grâce à un multiplicateur 83 ayant un gain de 1 lorsque le régulateur est inactif et ayant un gain de zéro lorsque le régulateur est actif. This external loop is shown in detail in FIG. 8. It comprises a subtraction means 81 calculating the difference between the desired control signal of an actuator and the command signal of the actuator obtained at the output of the regulator 70. This difference is multiplied by a multiplier 82 of gain H and then by a multiplier 83 having a gain of 1 when the regulator is inactive and having a gain of zero when the regulator is active.
Le gain H ne dépend pas du gain L, c'est-à-dire que pour chaque nouveau réglage (L, K) calculé pour le régulateur, le gain de la boucle de transition H ne doit pas être recalculé également. Le gain de transition H dépend uniquement de la position choisie pour le pôle de la boucle et de la fréquence d'échantillonnage. Il peut être calculé de la façon suivante : Par exemple, pour avoir le(s) pôle(s) sous forme matricielle, nous posons : MS\REN191FR.dpt P = POLES F = matrice identité G = Ts (période d'échantillonnage) H est le(s) gain(s) pour lequel le système F û GH a la(les) valeur(s) propre(s) égal(es) à P. The gain H does not depend on the gain L, i.e. for each new setting (L, K) calculated for the regulator, the gain of the transition loop H must not be recalculated as well. The transition gain H depends only on the position chosen for the pole of the loop and the sampling frequency. It can be calculated as follows: For example, to have the pole (s) in matrix form, we ask: MS \ REN191FR.dpt P = POLES F = identity matrix G = Ts (sampling period) H is the gain (s) for which the system F û GH has its own value (s) equal to P.
Dans le cas de l'exemple illustré plus bas, avec une période d'échantillonnage de 20ms et les pôles nuls, les valeurs trouvées pour le gain H valent 50. In the case of the example illustrated below, with a sampling period of 20ms and zero poles, the values found for the gain H are 50.
La figure 7 montre que si le régulateur est actif, il fonctionne normalement puisque le signal transition vaut zéro, en revanche s'il est inactif, la commande calculée converge vers la commande prise en compte, c'est-à-dire vers la commande de l'autre régulateur. De cette façon, malgré la transition d'un premier mode dans lequel l'un des régulateurs est pris en compte vers un deuxième mode dans lequel l'autre régulateur est pris en compte, la valeur de la commande reste continue. FIG. 7 shows that if the regulator is active, it operates normally since the transition signal is zero, but if it is inactive, the computed command converges towards the command taken into account, that is to say towards the command from the other regulator. In this way, despite the transition from a first mode in which one of the controllers is taken into account to a second mode in which the other controller is taken into account, the value of the command remains continuous.
Puisque la stratégie a démontré une grande robustesse par rapport à l'estimation de la pression en amont de la turbine, nous avons utilisé un estimateur réduit pour cette pression (à la place d'un filtre de Kalman) pour estimer trois états du système d'admission (voir figure 5). Un tel estimateur est intéressant, car il permet de se passer de capteur de mesure de la pression en amont de la turbine. Since the strategy demonstrated a high robustness compared to the upstream pressure estimation of the turbine, we used a reduced estimator for this pressure (instead of a Kalman filter) to estimate three states of the system. admission (see Figure 5). Such an estimator is interesting because it makes it possible to dispense with a sensor for measuring the pressure upstream of the turbine.
Les trois états du système d'admission sur lesquels est construit le modèle servant au calcul de la commande peuvent être déterminés à partir de mesures (pression dans le collecteur d'admission) ou déterminés à partir de calculs à partir de mesures (puissance du compresseur Pc à partir de la pression dans le collecteur, débit d'air frais injecté). Mais un cas de figure où le capteur de Pavt serait absent a aussi été étudié. Dans ce cas, nous MS\REN191FR.dpt proposons d'utiliser un estimateur réduit pour estimer la pression en amont de la turbine. Les autres états continueront d'être mesurés ou calculés. Le principe de l'estimateur réduit est le suivant : d'abord nous séparons le 5 vecteur d'états en 2 ensembles : x1 : ce sont les variables qui peuvent être mesurées ou calculées (Pcol, Pc) x2 : ce sont les variables pas mesurables (Pavt) Les équations d'état deviennent : zl = Allxl + Al2x2 + B1u 2 = A21x1 +A22 x2 + B2u et l'équation des mesures est : y = C1x1 où C1 est une matrice carrée non singulière. L'observateur d'ordre plein peut être écrit : zl =Allz1+Al2z2+B1u+P(y-C1 x1) x2 = A21x1 +A22z2 +B2u+P2(y-Clzl) J étant la matrice que nous pouvons régler pour l'observateur (du type filtre 20 de Kalman par exemple). Mais nous savons que : l zl = x1 = C~ Y L'équation pour l'observateur des états non mesurés devient donc : l x2 = A21 Cl y + A22.x2 + B2u La dynamique de cet observateur est gouvernée par les valeurs propres de A22, une matrice donnée par le système physique qui ne peut donc pas être MS\REN191FR.dpt 10 15 25 réglée. Pour assurer une dynamique souhaitée, il est préférable d'utiliser un système plus généralisé : x2 = Jy+z où z = Fz+Gy+Hu avec : F=A22-PC1Al2 H=B2-PC1B1 G=(A21 -PC1A11)C11+FJ Maintenant, nous pouvons choisir les pôles de l'observateur, ce sont ceux de 10 la matrice F. La figure 9 illustre une mise en oeuvre d'un tel observateur 76 avec une mise à l'échelle et un offset pour améliorer la réponse. The three states of the intake system on which the model for the calculation of the control is constructed can be determined from measurements (pressure in the intake manifold) or determined from calculations from measurements (compressor power). Pc from the pressure in the manifold, fresh air flow injected). But a case where the sensor of Pavt would be absent has also been studied. In this case, we MS \ REN191EN.dpt propose to use a reduced estimator to estimate the pressure upstream of the turbine. Other states will continue to be measured or calculated. The principle of the reduced estimator is as follows: first we separate the state vector into 2 sets: x1: these are the variables that can be measured or calculated (Pcol, Pc) x2: these are the variables Measurable equations (Pavt) The state equations become: z1 = Al2 +2 Al2x2 + B1u2 = A21x1 + A22 x2 + B2u and the equation of the measurements is: y = C1x1 where C1 is a non-singular square matrix. The full order observer can be written: zl = Allz1 + Al2z2 + B1u + P (y-C1 x1) x2 = A21x1 + A22z2 + B2u + P2 (y-Clzl) J being the matrix that we can adjust for observer (of the Kalman filter type for example). But we know that: l zl = x1 = C ~ Y The equation for the observer of the unmeasured states becomes: l x2 = A21 Cl y + A22.x2 + B2u The dynamics of this observer is governed by the eigenvalues A22, a matrix given by the physical system which can not be set. To ensure a desired dynamic, it is preferable to use a more generalized system: x2 = Jy + z where z = Fz + Gy + Hu with: F = A22-PC1Al2 H = B2-PC1B1 G = (A21 -PC1A11) C11 + FJ Now, we can choose the poles of the observer, these are those of the matrix F. FIG. 9 illustrates an implementation of such an observer 76 with a scaling and an offset to improve the reply.
Le problème réside dans le fait que le résultat dépend de l'instant de basculement entre les régulateurs qui sont réglés de façons très différentes. 15 Ceci peut être un problème en mode dispersé des ailettes de la turbine. Une façon de résoudre ce problème est d'ajouter plus de régulateurs (plus de points de fonctionnement sur lesquels le modèle est linéarisé et un régulateur est calculé à partir de chaque modèle linéaire). The problem lies in the fact that the result depends on the switching time between the regulators which are set in very different ways. This can be a problem in dispersed mode of turbine blades. One way to solve this problem is to add more regulators (more operating points on which the model is linearized and one regulator is calculated from each linear model).
20 Les figures 10 et 11 illustrent les résultats obtenus sur un système d'admission selon l'invention. On constate que la pression mesurée suit de manière satisfaisante la consigne de pression. Notamment, les contraintes de dynamique et de limitation de dépassements et de dépressions sont respectées.Figures 10 and 11 illustrate the results obtained on an intake system according to the invention. It can be seen that the measured pressure satisfactorily follows the pressure instruction. In particular, the constraints of dynamics and limitation of overshoots and depressions are respected.
25 MS\REN191FR.dpt 25 MS \ REN191FR.dpt
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